第13講虛擬現(xiàn)實與人類未來-16210514218-P

1、第13講 虛擬現(xiàn)實與人類未來本講提綱虛擬現(xiàn)實實的定義義與特性性虛擬現(xiàn)實實設(shè)備與與技術(shù)虛擬現(xiàn)實實應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域與現(xiàn)現(xiàn)狀虛擬化：人類的的未來?虛擬與現(xiàn)現(xiàn)實引 言知識改變變命運，數(shù)碼改改變生活活，虛擬擬改變什么？1虛擬現(xiàn)實實的定義義與特性性-什么是虛虛擬現(xiàn)實實？“虛擬現(xiàn)實實”（virtual reality，簡稱vr）是1989年美美國的jlanier提出的，是指用用計算機機技術(shù)來來生成一一個逼真真的三維視覺覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世世界，讓讓用戶可可以從自自己的視視點出發(fā)發(fā)，利用用自然的的技能和和某些設(shè)設(shè)備對這這一生成成的虛擬擬世界客客體進行行瀏覽和交互考察。國國內(nèi)也有有人譯為為“靈境”、“幻真”等

2、，國外外與虛擬擬現(xiàn)實同同類的術(shù)術(shù)語，還還有虛擬擬環(huán)境、人工現(xiàn)現(xiàn)實及電電腦空間間等。虛擬現(xiàn)實實有哪些些類型？桌面虛擬現(xiàn)實1沉浸式虛擬現(xiàn)實2增強現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實3分布式虛擬現(xiàn)實4桌面虛擬擬現(xiàn)實桌面虛擬擬現(xiàn)實利利用個人人計算機機和低級級工作站站進行仿仿真，將將計算機機的屏幕幕作為用用戶觀察察虛擬境境界的一一個窗口口。桌面虛擬擬現(xiàn)實示示例沉浸式虛虛擬現(xiàn)實實高級虛擬擬現(xiàn)實系系統(tǒng)提供供完全沉沉浸的體體驗，使使用戶有有一種置置身于虛虛擬境界界之中的的感覺。沉浸式虛虛擬現(xiàn)實實示例增強現(xiàn)實實性的虛虛擬現(xiàn)實實增強現(xiàn)實實性的虛虛擬現(xiàn)實實不僅是是利用虛虛擬現(xiàn)實實技術(shù)來來模擬現(xiàn)現(xiàn)實世界界、仿真真現(xiàn)實世世界，而而且要利利

3、用它來來增強參參與者對對真實環(huán)環(huán)境的感感受，也也就是增增強現(xiàn)實實中無法法感知或或不方便便的感受受。分布式虛虛擬現(xiàn)實實如果多個個用戶通通過計算算機網(wǎng)絡(luò)絡(luò)連接在在一起，同時參參加一個個虛擬空空間，共共同體驗驗虛擬經(jīng)經(jīng)歷，那那虛擬現(xiàn)現(xiàn)實則提提升到了了一個更更高的境境界，這這就是分分布式虛虛擬現(xiàn)實實系統(tǒng)。1CanadianNationalOptical Networkand CollaborativeEnvironmentChicagoTeleglobeGigaPOPVancouverCalgaryReginaWinnipegOttawaMontrealTorontoHalifaxStJohnsFre

4、derictonCharlottetownRANBCnetWURCnetSRnetMRnetONetRISQACORNOC3OC3DS3OC12OC48STAR TAPCA*net3OC12虛擬現(xiàn)實實的三個個特點1Immersion(沉浸)3Imagination(想象)2Interaction(交互) 2虛擬現(xiàn)實實設(shè)備與與技術(shù)-設(shè)備：三三維立體體眼鏡立體眼鏡鏡是用于于3D模擬場景景VR效果的觀觀察裝置置，它利利用液晶光閥閥高速切切換左右右眼圖像像原理，有有線線和無線線之分，可支持持逐行和和隔行立立體顯示示觀察，也可用用無線眼眼鏡進行行多人團團體VR效果觀察察，是目目前最為為流行和和經(jīng)濟適適用

5、的VR觀察設(shè)備備。設(shè)備：數(shù)數(shù)據(jù)手套套數(shù)據(jù)手套套是虛擬擬現(xiàn)實應(yīng)應(yīng)用的主主要交互互設(shè)備，它作為為一只虛虛擬的手手或控件件用于3DVR場景的模模擬交互互，可進進行物體體抓取、移動、裝配、操縱、控制，有有線線和無線線、左手手和右手手之分，可用于于WTK、Vega等3D VR或視景仿仿真軟件件環(huán)境中中。設(shè)備：頭頭盔顯示示器頭盔顯示示器（又又稱數(shù)據(jù)據(jù)頭盔或或數(shù)字頭頭盔）是是虛擬現(xiàn)現(xiàn)實應(yīng)用用中的3DVR圖形顯示示與觀察察設(shè)備，可單獨獨與主機機相連以以接受來來自主機機的3DVR圖形信號號。使用用方式為為頭戴式式，輔以以空間跟跟蹤定位位器可進進行VR輸出效果果觀察，同時觀觀察者可可做空間間上的自自由移動動，如；

6、自由行行走、旋旋轉(zhuǎn)等，VR效果非常常好，沉沉浸感極極強，在在VR效果的觀觀察設(shè)備備中，頭頭盔顯示示器的沉沉浸感優(yōu)優(yōu)于立體體眼鏡。設(shè)備：三三維空間間交互球球三維空間間交互球球是虛擬擬現(xiàn)實應(yīng)應(yīng)用中的的另一重重要的交交互設(shè)備備，用于于六個自自由度VR場景的模模擬交互互，可從從不同的的角度和和方位對對三維物物體觀察察、瀏覽覽、操縱縱；也可可作為3D Mouse來使用；并可與與數(shù)據(jù)手手套或立立體眼鏡鏡結(jié)合使使用，作作為跟蹤蹤定位器器。也可可單獨用用于CAD/CAM，(Pro/E、UG)。設(shè)備：位位置跟蹤蹤器三維空間間跟蹤定定位器是是VR系統(tǒng)中用用于空間間跟蹤定定位的裝裝置，一一般與其其他VR設(shè)備結(jié)合合使

7、用，如：數(shù)數(shù)據(jù)頭盔盔、立體體眼鏡、數(shù)據(jù)手手套等，使參與者者在空間間上能夠夠自由移移動、旋旋轉(zhuǎn)，不不局限于于固定的的空間位位置，操作更更加靈活活、自如如、隨意意。產(chǎn)品品有六個個自由度度和三個個自由之之分。設(shè)備：力力反饋器器力反饋器器是VR研究中的的一種重重要的設(shè)設(shè)備，該該設(shè)備能能使參與與者實現(xiàn)現(xiàn)虛擬環(huán)環(huán)境中除除視覺、聽覺之之外的第第三感覺覺觸覺和力力感，進一步步增強虛虛擬環(huán)境境的交互互性，從從而真正正體會到到虛擬世世界中的的交互真真實感，該設(shè)備備廣泛應(yīng)應(yīng)用于虛虛擬醫(yī)療療、虛擬擬裝配等等諸多領(lǐng)領(lǐng)域。設(shè)備：三三維模型型數(shù)字化化儀三維模型型數(shù)字化化儀（又又稱三維維掃描儀儀或三維維數(shù)字化化儀）是是一種先

8、先進的三三維模型型建立設(shè)設(shè)備，該該設(shè)備利利用CCD成像、激激光掃描描等手段段實現(xiàn)物物體模型型的取樣樣，同時時通過配配套的矢矢量華軟軟件對三三維模型型數(shù)據(jù)進進行數(shù)字字化，從從而實現(xiàn)現(xiàn)計算機機系統(tǒng)對對數(shù)字模模型的控控制，特特別適合合于建立立一些不不規(guī)則三三維物體體模型的的工作中中，如人人體器官官和骨骼骼模型的的建立、出土的的三千年年前文物物三維數(shù)數(shù)字模型型的建立立等等，在醫(yī)療療、動植植物研究究、文物物保護等等VR應(yīng)用領(lǐng)域域有廣闊闊的應(yīng)用用前景。設(shè)備：三三維顯示示器這種三維維顯示器器并不需需要使用用者在頭頭部佩戴戴任何特特制眼鏡鏡之類的的裝備，而是應(yīng)應(yīng)用當(dāng)前前的計算算機的計計算能力力回放或或?qū)崟r渲渲

9、染顯示示三維影影像。多通道立立體投影影系統(tǒng) 專業(yè)業(yè)的VR-Platform多通道投投影系統(tǒng)統(tǒng) 采用用5臺高高亮度等等離子顯顯示器（最多可可支持24臺） 每臺臺等離子子顯示尺尺寸為1020X 610mm（可替換為為更大尺尺寸） 可支支持24個通道道同步顯顯示 高沉沉浸感的的虛擬現(xiàn)現(xiàn)實仿真真顯示系系統(tǒng) 演示示效果出出色，適適合大中中型機構(gòu)構(gòu)或項目目使用多通道立立體投影影系統(tǒng)示示例設(shè)備：CAVE系統(tǒng)CAVE AutomaticVirtual Environment洞穴式自自動虛擬擬環(huán)境CAVE系統(tǒng)的組組成結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)備：CAVE系統(tǒng)示例例設(shè)備：一一億像素素的虛擬擬現(xiàn)實小小屋美國愛荷荷華州立立大學(xué)的的一億

10、像像素虛擬擬現(xiàn)實小小屋，這這個小屋屋在10英尺x10英尺的范范圍內(nèi)，云集了了價值400萬萬美元的的設(shè)備，其中包包括一臺臺擁有96顆GPU的HP電腦，24個Sony的數(shù)字投投影儀，一個8聲道的的音頻系系統(tǒng)，以以及超聲聲波動作作跟蹤技技術(shù)。設(shè)備：虛虛擬的空空氣吉他他在彈奏虛虛擬吉他他的時候候，得先先戴上一一副桔色色的手套套，目的的是便于于追蹤圖圖像以便便電腦確確定你究究竟在彈彈奏什么么。設(shè)備：VirtuSphere虛擬球VirtuSphere虛擬球?qū)⒂螒蛱崽嵘搅肆艘粋€全全新的水水平，使使用這個個設(shè)備用用戶能夠夠在一個個虛擬的的空間內(nèi)內(nèi)行走。帶著一一個環(huán)視視的頭盔盔虛擬現(xiàn)現(xiàn)實設(shè)備備，玩家家在球的

11、的內(nèi)部朝朝任何一一個方向向走時，球體都都能自由由地轉(zhuǎn)動動。人佩帶頭頭盔顯示示器,就能感受受到虛擬擬的空間間，同時時還可以以在虛擬擬空間使使用一臺臺特別操操作器與與物體進進行交互互。設(shè)備：Powered Shoes虛擬鞋Powered Shoes這雙虛擬擬鞋，可可以讓玩玩家利用用腳下的的滾輪，在邁步步向前的的時候，仍然能夠停留留在原地地。同時將將玩家的的動作信信號，通通過背部部的裝置置傳送到到虛擬機機器或是是游戲中中。而相相較于一一般虛擬擬實境的的步行模模擬能力力，Powered Shoes最大的特特色，就就是真的的可以讓讓玩家感感受到步步行的樂樂趣。3虛擬現(xiàn)實實應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域與現(xiàn)現(xiàn)狀-應(yīng)用領(lǐng)域域規(guī)

12、劃設(shè)計軍事航空航天娛樂教育醫(yī)療軍事產(chǎn)品展示應(yīng)用：城城市規(guī)劃劃和建筑筑設(shè)計-城市規(guī)劃劃示例建筑設(shè)計計示例應(yīng)用：文文物文物示例例應(yīng)用：生生物醫(yī)學(xué)學(xué)仿真治療平衡衡障礙示示例應(yīng)用：產(chǎn)產(chǎn)品虛擬擬展示應(yīng)用：模模擬駕駛駛應(yīng)用：虛虛擬實驗驗室應(yīng)用：虛虛擬實驗驗室應(yīng)用：虛虛擬裝配配維修應(yīng)用：游游戲游戲場景景示例應(yīng)用：虛虛擬社區(qū)區(qū)SecondLifeIBM in SLDELL in SLSL介紹短片片SL應(yīng)用示例例：汽車車展示應(yīng)用：教教育Virtual ComputerScience City應(yīng)用：增增強現(xiàn)實實教育游游戲4虛擬化：人類的的未來-機器人電子人數(shù)字人虛擬人網(wǎng)絡(luò)空間間的起源源網(wǎng)絡(luò)空間間（cyberspa

13、ce）一詞，又譯為為電腦空空間、賽賽博空間間等，最最早由加加拿大科科學(xué)幻想想小說家家吉布森森（William Gibson）1984在神經(jīng)浪游游者（Neuromancer）中提出出 ，本意是一一種能夠夠與人的神經(jīng)經(jīng)系統(tǒng)相連接的的計算機機信息系系統(tǒng)所產(chǎn)產(chǎn)生的虛虛擬空間間。吉布森網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)空空間的特特點一脫脫離了了軀體的的知覺能能夠在其其中獨立立存在。二網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)空空間可以以突破物物質(zhì)束縛縛，飛越越摩天大大廈、橫橫穿網(wǎng)格格。三網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)空空間由信信息構(gòu)成成，這使使得有操操縱信息息能力的的人擁有有巨大的的權(quán)力。四進進入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)空間間者可能能獲得永永生。網(wǎng)絡(luò)空間間的定義義一個由計計算機支支持、聯(lián)聯(lián)接和生生成的多多維

14、全球球網(wǎng)絡(luò)，或虛擬實在。在在這一實實在中，每個計算算機都是是一個窗窗口，由此所所見所聞聞的對象象既非實實在的物物體，也也不一定定是實在在物體的的形像。在形式式上，其其所涉及及的符號號或操作作，都由由數(shù)據(jù)和和純粹的的信息構(gòu)構(gòu)成。這這些信息息一部分分源于與與自然和和物質(zhì)世世界相關(guān)關(guān)的運作作，而更更多的則則來自維維系人類類的科學(xué)學(xué)、藝術(shù)術(shù)、商業(yè)業(yè)和文化化活動的的巨大信信息流。-1991年，Michael Benedikt提出網(wǎng)絡(luò)空間間的定義義數(shù)字信息息與人類類知覺的的結(jié)合部部，文明明的基質(zhì)，在其中中銀行交交換貨幣幣（信用用）而信信息尋訪訪者則在在虛擬空空間中存存儲和再再現(xiàn)的數(shù)數(shù)據(jù)層中中航行。網(wǎng)絡(luò)空空間的建建筑物也也許比實實體的建建筑物具具有更多多的維度度，而且且它們也也許會反反映出不不同的實實存規(guī)律律。網(wǎng)絡(luò)空間間無所不在在，你打打電話時時，到自自動取款款機取錢錢時，都都能體會會到它的的存在。電子函函件在那那里傳送送，它就就像動畫畫片兔子羅杰杰（RogerRabbit）卡通城城似的。邁克爾海姆（Michael Heim）1993網(wǎng)絡(luò)空間間的定義義斯通（A.R